本披露总体上涉及用于眼科镜片的注射成型的系统和方法。
背景技术：
例如用于眼镜的眼科镜片可以使用注射成型制造工艺来形成。所述工艺包括将材料注射到模具中，并且可以用众多材料(包括金属、玻璃、弹性体、热塑性以及热固性聚合物、及其混合物)来执行。
所述工艺典型地涉及使用冲压式或螺杆式柱塞迫使熔融的聚合物材料进入模具型腔或制件腔体中，材料在那里凝固成模具的形状从而形成成型件。可以在高压下注射材料以确保聚合物采取希望的制件(例如可以是眼科镜片)的形状。
模具可以包括单件式腔体或多件式腔体。在多件式腔体中，各个腔体可以是相同的并且形成多个相同制件，或者可以是独特的并且在单个循环期间形成多个具有不同几何形状的制件。模具总体上由工具钢制成，但是不锈钢模具和铝质模具适合于某些应用。
当在注射成型工艺中使热塑性塑料成型时，颗粒状的原材料典型地经过漏斗进给到具有往复螺杆的热桶中。在进入桶后，材料被加热，引起抵抗单独的聚合物链的相对流动的范德华力(Van de Waals force)由于分子之间的间距在高热能状态下增大而减弱。这样降低了聚合物粘度，有助于使聚合物流入模具中。
往复螺杆迫使聚合物材料前进、并混合、并使聚合物的热量和粘度分布均匀化。这种混合通过机械地剪切材料减少了加热时间并将大量的摩擦发热添加到聚合物。现在，熔融材料通过止回阀向前进给并在螺杆前方聚集成被称为注射量(shot)的体积。注射量是用于填充模具腔体、补偿收缩、并提供缓冲物以确保将来自螺杆的压力传递到模具腔体的材料体积。所述缓冲物可以是总的注射体积的大致百分之十、或适于保留在桶中的材料量，并且在将注射体积的剩余部分压到模具中时防止螺杆触底。
当在往复螺杆周围积聚了足够的材料时，以高压力和希望的速度迫使材料进入制件成形腔体中。为了防止压力峰，所述工艺总体上是两阶段工艺，其中，在第一阶段期间螺杆控制材料流速、或速度直至腔体95-98％满(转移位置)。注射时间经常远低于1秒，但是注射过程可以慢至30-50秒、或更慢。
接下来，在螺杆到达转移位置时开始的第二阶段期间，螺杆操作移位以调节模具中的压力。在这个阶段期间，施加保压压力以迫使材料进入模具中，并且模具完成填充并补偿腔体中的材料的任何热收缩。与其他材料相比，热塑性塑料的收缩可能相对较大。为了弥补保压压力，模具还可以包括压力件，所述压力件提供足够的压力以便在注射过程中保持模具封闭。
施加保压压力，直至材料在腔体的进口(可以被称为浇口)处凝固。浇口体积相对于腔体体积而言典型地是小的，并且浇口中的材料因此正常情况下是模具中的材料从头至尾整个厚度首先凝固的地点。
一旦浇口体积凝固，则不再有材料可以进入腔体，并且螺杆往复运动并获取用于下一循环的材料。同时，模具内的材料冷却，使得当从腔体脱模时所述材料在尺寸上是稳定的。这个冷却持续时间可以通过使用例如来自调温器的冷却管路循环水或油而显著减少。
一旦在冷却后获得了所希望的温度，则模具打开，并且一系列销、套筒、脱模机、或类似机构被向前驱动以使制品脱模。然后，模具封闭并重复所述过程。
技术实现要素：
根据说明性实施例，一种眼科镜片模具包括用于形成眼科镜片的镜片腔体和材料管道。所述材料管道包括入口和出口。所述出口流体地联接到所述镜片腔体并且所述入口流体地联接到材料源。所述材料管道包括布置在所述入口与所述出口之间的至少一个分支腔体。
根据另一个说明性实施例，一种说明性注射成型系统包括热浇道以及流体地联接到所述热浇道的热流道。所述系统还包括流体地联接到所述热流道以接纳熔融材料的模具。所述模具包括用于接纳熔融材料的镜片腔体，所述熔融材料凝固从而形成眼科镜片。所述热流道形成材料管道，所述材料管道包括用于接纳来自所述热浇道的材料的入口和用于将所述材料递送到所述镜片腔体的出口。所述材料管道包括布置在所述入口与所述出口之间以用于接纳被转向的体积的经降解镜片材料的分支腔体。
根据另一个说明性实施例，一种用于形成眼科镜片的说明性方法包括加热镜片材料以形成熔融镜片材料并将所述熔融的镜片材料递送到材料管道。所述材料管道包括入口和出口。所述方法还包括使所述熔融镜片材料流经所述材料管道流向限定了镜片的镜片腔体。此外，所述方法包括将第一体积的经降解熔融镜片材料递送到布置在所述材料管道的入口与出口之间的至少一个分支腔体、并使第二体积的熔融镜片材料经所述出口流到所述镜片腔体。
以下在详细说明和对应的附图中提供了所披露的实施例的附加细节。
附图说明
以下参照附图详细地描述了本发明的说明性实施例，所述实施例通过原因并入本文，并且在附图中：
图1是用于制造眼科镜片的注射成型系统的示意性截面视图；
图2是具有多个镜片腔体和浇口嵌入件的模具的示意性截面视图；
图3是具有多个分支腔体的浇口嵌入件的示意性俯视图；并且
图3A是具有多个分支腔体的浇口嵌入件的示意性俯视图。
所展示的附图仅是示例性的并不旨在断言或暗示与环境、架构、设计或过程有关的任何限制，在附图中可以实现不同的实施例。
具体实施方式
本披露涉及一种生产具有改进的光学透明度的制件的注射成型系统。所述系统包括成型机，所述成型机具有材料漏斗、螺杆式柱塞、以及用于将熔融材料递送到模具的加热单元。在眼科镜片的情况下，材料可以是聚碳酸酯或任何其他适合的材料。
在成型工艺中，颗粒材料(可以是热塑性聚合物)在重力作用下从漏斗被进给到热桶中。当通过如上所述的螺杆式柱塞使颗粒缓慢地向模具移动时，可以迫使聚合物进入热室中，聚合物在所述加热室中熔融。当柱塞前进时，迫使熔融材料穿过靠在模具上的喷嘴，从而允许材料经浇口和流道系统进入制件腔体中。模具通常处于比熔融聚合物更低的温度，因此一旦填充了模具，则聚合物开始凝固。
然而，在热流道系统中，模具系统包括聚合物注射模具中所使用的多个热制件的组件。由此，可以认为热流道模具是热桶的延伸部，在所述延伸部，材料可以在模具内保持处于熔融状态。一些热流道系统可以使聚合物保持熔融直至制件被成型的时间点，而一些使用热流道和冷流道的组合。如本文中所引用的，“流道”可以是指模具的作为用于将熔融材料从模具入口转移至制件腔体的材料管道而运行的部分。
在某些热流道系统中，首先进入模具的材料可能被光学地降解。例如，首先进入模具的材料可能变得脱色，从而使材料不适合用于诸如镜片等光学制件中。降解可以在成型制件中以棕色线的形式被直观地观察到，并且可以被称为“棕色漩涡”缺陷。本披露提供了防止经降解材料用于成型的光学制件中的解决方案，使得使用本文中所描述的热流道成型系统形成的镜片不包括上述棕色漩涡缺陷。
热流道系统的显著的益处是材料在模具系统的流道和浇道中保持在熔融状态下，这与冷流道模具相比节省了材料并且提高了处理能力。在实施例中，冷流道进给设计可以与热流道系统相结合使用。在这样的实施例中，冷流道与模具工具一体地形成，并且流道进给设计具有允许用于经降解材料的流路的分支回路。这种设计引导经降解材料远离制件腔体并进入分支回路中，由此防止了经降解材料进入制件腔体中，并且进而防止了经降解材料合并到成品制件中。
现在转到附图，在图1中示出了说明性的系统。图1描绘了注射成型系统100，所述注射成型系统具有热浇道102以及流体地联接到热浇道102的热流道104。热浇道102形成了流经模具系统100的受热部分120的材料流路。所述系统还包括具有第一部分108和第二部分110的两件式模具106。模具106流体地联接到热流道104用于接纳熔融材料。第一部分108和第二部分110中的空洞限定了镜片腔体112。在实施例中，热流道104形成了材料管道，所述材料管道具有用于接纳来自热流道104的材料的入口114、和用于将材料递送到镜片腔体112的出口116、以及布置在入口114与出口116之间的(关于图2描述的)分支腔体。在实施例中，模具106的第一部分108类似于关于图2描述的模具，并且第二部分108是配合部分，所述配对部分不包括用于接纳材料的入口，但形成了所述模具的相对的互补部分。
在实施例中，所述系统包括布置在镜片腔体112之间的浇口嵌入件118，并且热流道104被定位在浇口嵌入件118内。在这样的实施例中，如关于图2和图3更详细地描述的，浇口嵌入件118可以包括分支腔体。所述分支腔体可以一体地形成到模具上或被包括于浇口嵌入件中，所述浇口嵌入件与模具组装以便在使用模具时将材料从材料入口朝向制件腔体运送。
在实施例中，材料管道入口形成包括分支管道的冷流道部分。材料管道提供流体流路，使得进入材料管道的熔融材料首先被引导到所述分支管道中。材料的这个第一部分可以与预定体积的经降解材料相对应。经降解材料被转向到所述分支腔体中，在分支腔体中，经降解材料到达死端。随后提供的材料作为“喷泉流”行进到制件腔体中。
模具106可以包括多个用于形成眼科镜片的镜片腔体112。在这样的实施例中，模具106可以包括多个分支腔体，每个分支腔体可以具有以与材料管道的纵轴成在15度与85度之间的角度定位的分支腔体入口。
现在转到图2，根据说明性实施例，眼科镜片模具200包括用于形成眼科镜片的镜片腔体202。镜片模具200还可以包括材料管道204，所述材料管道包括入口206和出口208。出口208流体地联接到镜片腔体202，并且入口206流体地联接到材料源。在一些实施例中，材料管道204包括布置在入口206与出口208之间的至少一个分支腔体210。
在实施例中，材料管道204是由入口206与出口208之间的圆柱形部分形成的，并且分支腔体210在圆柱形部分处流体地联接到材料管道204。分支腔体210具有分支入口212，所述分支入口具有的直径大致等于材料管道204的与分支腔体入口212相邻的圆柱形部分的直径。然而，在其他实施例中，分支腔体210具有分支入口212，所述分支入口具有的直径大于或小于材料管道204的圆柱形部分的直径。
材料管道204可以进一步包括多个翼腔体216，所述翼腔体可以在成型制件上形成用于对成型制件进行后续处理的固持器。例如，由翼腔体216形成的固持器可以用于在后续涂覆过程中固持镜片制件。
在实施例中，模具200包括多个用于接纳一个或多个可互换的浇口嵌入件(诸如以下关于图3描述的浇口嵌入件300)的浇口嵌入件切口218。每个浇口嵌入件可以有效地充当模具200的部件并且可以包括呈材料管道的形状的腔体和分支腔体210。
应注意的是，眼科镜片模具200可以包括多个镜片腔体202，并且材料管道204可以流体地联接到第二分支腔体210或多个分支腔体210。各个分支腔体210或每对分支腔体210可以关于材料管道204对称安排。分支腔体210可以以与材料管道204的圆柱形部分的纵轴214成在15度与85度之间的角度被定位。
如以上注意到的，在实施例中，上述分支腔体可以被定位在可互换的浇口嵌入件300内，所述浇口嵌入件作为模具部件被嵌入用于接纳来自热浇道、或其他材料源的熔融材料、并且用于将熔融材料递送到一个或多个镜片腔体。
在图3和图3A的实施例中，浇口嵌入件300包括材料管道304，所述材料管道包括入口306和出口308。出口308流体地联接到镜片腔体，诸如图2的镜片腔体202，并且入口306流体地联接到材料源。在一些实施例中，材料管道304包括布置在入口306与出口308之间的至少一个分支腔体310。材料管道304限定了在入口306与出口308之间的圆柱形部分，并且分支腔体310在所述圆柱形部分处流体地联接到材料管道304并且可以与入口306间隔开所述圆柱形部分的至少一个直径。在实施例中，浇口嵌入件300进一步包括用于相对于模具紧固浇口嵌入件300的螺纹孔318、以及用于接纳脱模销的销孔320，所述脱模销可以用于在成形之后使完成的制件从模具脱模。
所述材料管道可以进一步包括多个翼腔体316，所述翼腔体可以在成型制件上形成用于对该成型制件进行后续处理的固持件。例如，由翼腔体316形成的固持器可以用于在后续涂覆过程中固持镜片制件。所述固持器还可以提供在制造和精整加工过程的其他部分过程中用于自动化设备的接口，并且还可以被标记以用于制件识别。
在实验性实施例中，用一个包括分支腔体310的浇口嵌入件300和三个不包括分支腔体310的替代性浇口嵌入件来操作模具，诸如图2的模具200。进行测试并且所述测试包括使用具有分支腔体310的浇口嵌入件300来加工两个镜片、和使用三个不包括分支腔体310的替代性浇口嵌入件来加工六个镜片。在相同条件下，同时加工所有八个镜片。检查结果表明：用具有分支腔体310的浇口嵌入件300成型的两个镜片不具有肉眼观察到的缺陷，但发现其余六个镜片在镜片内具有棕色漩涡缺陷。
在操作中，上述系统可以用于形成一个或多个成型眼科镜片。一种说明性的操作方法包括加热诸如聚碳酸酯或其他聚合物等镜片材料，从而形成熔融镜片材料。所述方法还包括将熔融镜片材料递送到以上关于模具200和浇口嵌入件300所描述的材料管道。使熔融镜片材料经所述材料管道流向限定了镜片的镜片腔体。在形成镜片之前，将第一体积的熔融镜片材料转向到布置在所述入口与所述出口之间的至少一个分支腔体。接下来，使第二体积的熔融镜片材料经所述出口流到所述镜片腔体以形成镜片。
所述方法可以包括使熔融镜片材料流经所述材料管道的圆柱形部分，并且应注意的是转向到所述至少一个分支腔体中的第一体积的熔融材料包括一定体积的经降解材料。类似地，使第二体积的熔融镜片材料流到镜片腔体包括：在将第一体积的熔融镜片材料转向到至少一个分支腔体中的步骤之后，使熔融镜片材料经所述出口流到镜片腔体。
所转向的材料体积可以被预定为如下体积：所述体积大于受棕色漩涡缺陷影响的材料体积。在实施例中，所述预定体积可以被表示为至少2πr3，其中r是入口的半径并且所述预定体积大致为具有与所述体积的直径相等的长度的圆柱形体积(使得长度＝2*r，并且V(体积)＝2r*πr2＝2πr3)。
如本文中使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述”旨在还包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。将进一步理解的是，术语“包括(comprise)”和/或“包括(comprising)”当在本说明书和/或权利要求中使用时，指定声明的特征、步骤、操作、要素和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、要素、部件和/或其群组的存在或添加。此外，在以上实施例和附图中描述的步骤和部件仅是说明性的并且不暗示要求保护的实施例需要任何特别的步骤或部件。
此外，虽然本文中使用了特定的术语，但它们仅以通用且描述性的意义使用，而不是为了限制目的。除非另外指定，术语“连接”、“接合”、“联接”、“附接”或描述要素之间的相互作用的任何其他术语的任何形式的任何使用不意味着将相互作用限制于要素之间的直接相互作用，并且还可以包括所描述的要素之间的间接相互作用。在以下讨论中以及在权利要求中，术语“包括(including)”和“包括(comprising)”是以开放式方式使用的，并且因此应被理解为是指“包括，但不限制于”。除非另外指明，如在整个文件中所使用的，“或”不要求互不相容。